提升汽車儀表圖像的芯片方案 — 東芝TMPR46X（Capricorn-Bt）功能剖析

摘要：本文簡要介紹了汽車儀表顯示的發(fā)展趨勢，并對東芝TMPR46X(Capricorn-Bt)的功能進(jìn)行了剖析。

引言

近年來，越來越多的半導(dǎo)體廠商將汽車作為一個重要應(yīng)用出口，加以重視，而且，隨著蘋果、谷歌等加入汽車生態(tài)系統(tǒng)，未來汽車電子應(yīng)用會呈現(xiàn)爆發(fā)式增長。車載儀表顯示作為汽車電子非常重要的應(yīng)用，也是很多汽車廠商打造差異化的關(guān)注點(diǎn)。

1 車用顯示控制IC的發(fā)展方向

不少半導(dǎo)體廠商都已經(jīng)推出了汽車顯示控制IC，力圖打造更多功能給駕乘者帶來更好的用戶體驗(yàn)。東芝從2002年就已經(jīng)開始推出用于汽車儀表顯示的控制IC，從第一代的TX3916AF、TX4961XBG(Capricorn-M)到TMPR460/461/462/463XBG(Capricorn-Bt)，再到現(xiàn)在正在研發(fā)中的TZ系列，顯示維度也開始由2D向3D過渡。東芝的汽車顯示控制器設(shè)計(jì)用于提供顯示儀表盤應(yīng)用，這些控制器在一個單一的芯片上集成了CPU、圖形引擎、和各種接口，而且東芝也開發(fā)了具有步進(jìn)馬達(dá)控制器(可控制模擬儀表)的汽車顯示控制器。

2 TMPR46X(Capricorn-Bt)的優(yōu)勢

Capricorn-Bt系列是東芝目前比較成熟的解決方案，可以減輕車廠日益嚴(yán)重的成本壓力，并滿足未來新能源汽車的需求。此系列產(chǎn)品采用ARM Cortex-R4內(nèi)核，主頻達(dá)到300MHz，具有定時和存儲數(shù)據(jù)保護(hù)功能，內(nèi)置高性能安全編碼譯碼功能，3路CAN接口，2路UART接口，2路SPI接口，支持5路步進(jìn)電機(jī)控制，2個獨(dú)立圖像輸出控制器，時鐘全自動校準(zhǔn)，2D圖像加速器(可以做到2.5D的效果)。而TMPR461(Capricorn-Bt1)擁有外置的Flash，TMPR462/3/4(Capricorn-Bt2/3/4)擁有內(nèi)置的4M、8M、16M Flash。

2.1 屏幕分辨率

現(xiàn)在市場上的全虛擬儀表的屏幕分辨率一般是1280×480或者是1440×560，而TMPR46X(Capricorn-Bt)系列的屏幕分辨率可以達(dá)到4095×2047，由于它的分辨率比較高，虛擬表都能支持、覆蓋。而且在成本方面，相對來說也是比較低的。也就是說，如果有不同尺寸的屏幕需求，客戶不需要在IC上做任何改變，只需要換上相應(yīng)屏就可以，支持的屏幕尺寸可以從5寸到12.3寸，甚至是15寸也可以。這樣就相當(dāng)于在一個通用的平臺上設(shè)計(jì)很多產(chǎn)品，從而可以在很大程度上降低研發(fā)成本，節(jié)約開發(fā)時間。

2.2 圖像引擎

Capricorn-Bt系列還可以支持內(nèi)置和外置的SDRAM和LPDDR，F(xiàn)lash。該圖像引擎里包含貼圖引擎、畫圖引擎、旋轉(zhuǎn)引擎、變形引擎。其中，市場上比較常見的是貼圖引擎和畫圖引擎，這類引擎同行都有。但是在畫圖引擎方面，Capricorn-Bt有獨(dú)特的亮點(diǎn)，東芝將其精確到了1/16的像素，而其他廠商是以一個像素為最小單元。這樣采用Capricorn-Bt就能夠使圖像顯示更加細(xì)膩，大大減小鋸齒感。

2.3 虛擬儀表

現(xiàn)在儀表顯示越來越多的會用到虛擬儀表，在設(shè)計(jì)虛擬儀表的時候會牽涉到指針的旋轉(zhuǎn)問題，Capricorn-Bt具有抗鋸齒功能，這樣指針走動起來就會比較平滑，其最低的旋轉(zhuǎn)角度是0.1度，而且還具有高精度的過濾功能。而且更為重要的是程序員的要求比較低，編程人員只需要給定一個背景和一個前景的需要旋轉(zhuǎn)的圖片，然后通過自己編寫的程序來指定旋轉(zhuǎn)引擎的旋轉(zhuǎn)角度和貼圖的X、Y位置，Capricorn-Bt的旋轉(zhuǎn)引擎就能自動完成旋轉(zhuǎn)動作。

2.4 變形引擎

還有一個重要應(yīng)用就是變形引擎，可以對后視鏡和前視鏡的校正。一般后視鏡都是魚眼鏡頭，成像之后它是一個扭曲的圖像，如果想讓它顯示平直就需要用到變形引擎功能了。圖像通過TMPR46X的變形引擎，能夠?qū)⑴で膱D像變成一個平直的圖像或?qū)⒁粋€平直的圖像變成扭曲的圖像，它的特點(diǎn)在于變形是實(shí)時的，不需要MCU運(yùn)算，由硬件來完成。這樣可以降低開發(fā)難度。

Capricorn-Bt變形引擎(如圖2)的靈活性非常高，可以任意地變形，都是由硬件完成，而且具有顏色校正功能，比如對亮度、色度、對比度進(jìn)行提升，可以對整個顏色的通道進(jìn)行替換。

2.5 視頻智能捕捉

關(guān)于視頻智能捕捉功能，camera(攝像頭)輸入的圖像是數(shù)字格式，Capricorn-Bt的特點(diǎn)是最高可支持圖像的分辨率為2048×1024，存儲的RAM是1024×512。對于視頻的捕捉，可以從視頻捕捉的圖像中直接截取其中的一部分，然后進(jìn)行放大或者縮小，這個過程不需要軟件來參與，也是由硬件來完成。

2.6 多碼流同時解碼

Capricorn-Bt還支持多碼流同時解碼，支持兩個解碼器，其中一個叫PNG解碼器，PNG解碼對壓縮圖像非常有優(yōu)勢，一個WVGA的圖像沒有壓縮時，可能達(dá)到1.5M，如果經(jīng)過PNG壓縮以后，可以壓縮80%的容量。這樣可以節(jié)省RAM和FLASH的空間，進(jìn)而可以降低成本。另一個叫RLE壓縮方式，RLE是無損壓縮，能達(dá)到很大的壓縮比例，對節(jié)約FLASH成本也極具優(yōu)勢。

2.7 失真協(xié)調(diào)

現(xiàn)在，為了節(jié)約開發(fā)成本，加快產(chǎn)品上市時間，很多的產(chǎn)品都會打造一個開發(fā)平臺，而且平臺型開發(fā)就意味著工程師所有的產(chǎn)品都是以最高的標(biāo)準(zhǔn)來進(jìn)行設(shè)計(jì)。但是，如果工程師要做一些低端產(chǎn)品，就可能需要用到666屏或565屏，此時，由于圖像的低位缺失，會造成失真現(xiàn)象(圖3左側(cè)圖片顯示)，東芝的車載儀表控制平臺的dither插件可以進(jìn)行失真協(xié)調(diào)(圖3右側(cè)圖片顯示)，保證在平臺上開發(fā)的產(chǎn)品在高中低端領(lǐng)域均會有出色的顯示效果。

3 市場

目前，東芝半導(dǎo)體的Capricorn-Bt系列車載儀表控制芯片在全球范圍內(nèi)的銷售已經(jīng)超過了1千萬片，其中40%來自歐洲市場，包括寶馬5、6、7系產(chǎn)品都在使用。